JP4837898B2 - 磁気共鳴映像のためのコイル構造 - Google Patents

Description

本発明は、磁気共鳴映像および分光法（ＭＲＩＳ)で使用される磁気コイル構造に関する。

磁気共鳴映像および分光（ＭＲＩＳ)システムは、一般的に、患者を置く領域の周りに配置される複数の円筒状の同心コイルからなる。これらのコイルは、強力な一定の磁場を発生させるために使用される一番外側のＤＣコイル、このＤＣコイルの中に同心的に配置される内側の高周波（ＲＦ）コイル、およびこの高周波（ＲＦ）コイルと外側のＤＣコイルとの間に配置される勾配コイル集合体からなる。この勾配コイル集合体は、時間と共に変化する可聴周波数磁場であって、患者の核の応答周波数がその磁場内での患者の核の位置に応じて決まるようにする磁場を生じるように配置される。強力な一定の磁場を発生させるこれらのコイルは、一般的に超伝導コイルである。磁場内に患者が居ると、主磁場を乱して映像或いは分光測定に対して主磁場を十分均一にできない。この影響を打ち消す知られた方法は、シムコイルとして知られる多数の巻き電線を用いてこれらの巻き線に直流電流を流すことである。代表的な高性能のＭＲＩＳシステムは、８から１２のシムコイルを有し、このシムコイルはそれぞれ特別な空間形状に関する不均質性を修正するように配置される。これらのシムコイルは、超伝導磁石自身が本来有する不均質性を修正するためにも使用できる。

普通に行われるのは、ＭＲ映像を発生させるために時間的に正確なシーケンスで高速でオン・オフ切り換えされて、効果的にシールドされた傾斜磁場コイル集合体の構造の中にシムを組み込むことである。この傾斜シーケンスは、０から１０ｋＨｚ以上の範囲の周波数を含み、これはしばしば「可聴周波数」と呼ばれる。

ＭＲＩＳシステムは発展するにつれて、ますます強力な磁場、例えば、３Ｔ以上で動くようになった。その結果、シムコイルから要求される磁場強度は比例的に増大し、ますます多くの巻き回数のコイルが必要となった。この要求磁場強度を得るために、多層巻き線の束を使用することがしばしば必要である(図１参照）。このような配置に伴う問題は、この束が比較的低い周波数、例えば、２０ｋＨｚで以下で自己共鳴として知られるものになることである。場合によっては、この共鳴は、近くの傾斜磁場コイルおよびその増幅器と結びついてそれらを不安定にさせることがある。これによって、傾斜シーケンスの正確なタイミングが狂い、結果的に、ＭＲＩＳシステムの性能が低下することになる。

このような配置に伴う更なる問題は、傾斜磁場コイルの電流を変化させると、隣接する層のシムコイル間における絶縁を破壊するのに十分な大きさの電圧をシムコイルに誘導してコイル全体の破壊に至る可能性があることである。

自己共鳴は、内部静電容量によって結合されたコイルの巻き線各部分に電流が流れることを意味している。この電流は、コイルが、全体として、傾斜磁場コイルと相互作用する正確な対称性を持っていなくても誘導される。更に、この電流は、コイル自身がオープン回路であっても誘導される。

本発明は、この問題を克服または軽減する技術に関する。

本発明の第１の特徴によれば、各層が複数の巻き線を有する複数の層となるように巻かれた電気コイルであって、絶縁材が各層の巻き線の間に配置されていることを特徴とする電気コイルが得られる。この絶縁材は、各巻き線間の静電容量を減少させ、これによってコイルの自己共鳴周波数を増大させる効果を生む。従って、ＭＲＩＳに使用するシムコイルの場合、そのコイルの自己共鳴周波数が傾斜磁場コイルに関する増幅器の帯域幅を越えた値まで上げることができる。この結果、自己共鳴の問題を軽減す効果を生じる。また、層間の絶縁も向上させて、隣接するシムコイル層間の絶縁破壊の可能性を軽減する。

本発明のもう１つの特徴によれば、各層がｎ巻き線を有する複数の層からなる電気コイルであって、コイルが２つ以上の部分からなるように巻かれていて、その各部がｎ巻きより少ない数の巻き線を有する層を有する事を特徴とする電気コイルが得られる。コイルをこのように部分で形成することによって、巻き線間の電圧が下がり、シムコイルの場合、自己共鳴周波数を増大する効果を生じ、更に、隣接するシムコイル層間の絶縁破壊の可能性を軽減する効果を生じる。このコイルを第１の特徴の絶縁材で形成すれば、自己共鳴周波数を更に増大することができる。

本発明を、付属の図面を特に参照して例として以下説明する。

図１は、シムコイルをＭＲＩＳシステムで使用するパックまたはブロックにどのようにして特別に配置するかを概略示すものである。説明してきたように、電流は内部静電容量によって結合されるコイルの巻き線の各部を流れるが、これは巻き線間の接続を示す図２に示される。この図は、それぞれ多くの巻き線１５を有する３つの層１０、１１、１２を示している。図示された巻き線間の接続は、ＭＲＩＳシステムの性能に影響するいわゆる自己共鳴を生じる効果がある。

図２ｂは、この自己共鳴効果を軽減または緩和するための本発明の第１実施例を示している。この第１実施例では、それぞれ多くの巻き線１５を有する３つの層１０、１１、１２が示されている。コイルは、巻き線の各層が次の層から絶縁材１６の層で分離されるように形成されている。絶縁材の層は、例えば、厚さ０．２ｍｍのガラス布の層である。この層１６があるので、コイルの自己共鳴周波数を増大する効果が生まれる。

例として、各層２７巻きを有する５つの層からなる多層の巻き線の束を考えると、全部で１３５巻きとなる。抵抗を最小限にするために、これらの巻き線は矩形断面のラッカーを塗った電線で通常造られ、図２に示すように非常に密に束ねられている。

この例では、厚さ０．２ｍｍのガラス布１６の層が自己共鳴周波数を１４．７５ｋHzから２３．０ｋHzへ増大する効果を生み、自己共鳴周波数を傾斜磁場コイルの増幅器の代表的な帯域幅外にするようにしている。

本発明の第２の実施例を図２ｃに示す。図２ａに示すような、各層が１７巻きを有する３層からなるパックは、隣接する層において物理的に隣接する巻き線の間で３４巻きまで直列に接続されることができる。このことは、実質的な内部電圧がコイル内部に生じることを意味し、この結果、高い静電容量エネルギーが蓄積され、絶縁破壊を生じる可能性がある。

この影響は、図２ｃに示すようにコイルを構成することによって軽減される。図２ｃに示す原理は、コイルを多数の部分（２０、２１）に区分することであり、例えば上記の特別なコイルでは、３層に９巻き線を有する部分と３層に８巻き線を有するようにする。このことは、上記の内部電圧が大きく低下することを意味し、その結果、自己共鳴周波数を増大して絶縁破壊の可能性を軽減することになる。コイルは、自己共鳴周波数を適当に増大させるのに必要と思われる多数の部分に分割することができる。都合のいいことには、このコイルを分割する技術は、図２ｃに示すように層間に絶縁材を使用する技術とともに使用できる。上記のコイルの例では、自己共鳴周波数は４６kＨｚに増大できる。共鳴周波数の更なる増大は、コイルを図２ｃに示したものよりもっと多くの部分に分割することによって達成される。

自己共鳴周波数を増大する技術を軸方向シムコイルに関連して上記に説明してきた。この技術は横方向シムコイルの形式の他のコイルに同様に適用できることが分かる。

ＭＲＩＳで使用されるシムコイルの代表的な配置を概略示す図である。 そのシムコイルの１つのブロックの断面図である。 本発明による１つの実施例を示す断面図である。 本発明によるもう１つの実施例を示す断面図である。

符号の説明

１０ 層
１１ 層
１２ 層
１５ 巻き線
１６ ガラス布（絶縁材）
２０ 分割コイル
２１ 分割コイル

Claims (3)

1. 複数のコイルパックを含むＭＲＩＳ装置用のシムコイルであって、各コイルパックのコイルが複数の層を含み、各層が所定の数の巻き線を有し、各コイルパックのコイルが区分された２つ以上の部分からなるように巻かれていて、その各部分がそれぞれのコイルパックの前記所定の巻き数より少ない巻き線を有する層を有し、各コイルパックのコイルは、各コイル部分が一層ずつ巻かれてそれぞれの部分を形成するように巻かれていることを特徴とするシムコイル。
2. 絶縁材が各層の巻き線の間に配置されていることを特徴とする請求項１に記載のシムコイル。
3. 前記絶縁材がガラス布であることを特徴とする請求項２に記載のシムコイル。

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